岩土工程勘察在印尼某水泥厂建筑场地评价中的应用

李爱华 蔡长发 何辉祥 李明

第一作者简介：李爱华（1987-），女，工程师。研究方向为岩土工程勘察、岩土试验测试。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.045

摘  要：为发挥岩土工程勘察在水泥工厂建筑场地评价中的核心作用，根据水泥工厂生产线的建筑特点，通过地质调查、钻探、原位测试、波速测试、取样和室内试验等方法，查明拟建水泥厂的工程地质条件，水文地质条件，不良地质条件等，进一步评价场地适宜性及稳定性，提出岩土工程参数和可行的基础方案，为设计和施工提供科学合理的地质依据，并为印尼类似工程建设提供勘察经验。

关键词：岩土工程；勘察；水泥工厂；场地评价；基坑支护

中图分类号：TV523      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）13-0188-05

Abstract： In order to give full play to the core role of geotechnical engineering investigation in the construction site evaluation of cement plant， according to the architectural characteristics of cement plant production line， through geological survey， drilling， in-situ test， wave velocity test， sampling and laboratory test， find out the engineering geological conditions， hydrogeological conditions and bad geological conditions of the proposed cement plant， and further evaluate the suitability and stability of the site. The geotechnical engineering parameters and feasible foundation scheme are put forward， in order to provide scientific and reasonable geological basis for design and construction as well as survey experience for similar projects in Indonesia.

Keywords： geotechnical engineering; investigation; cement plant; site evaluation; foundation pit support

“十三五”期间中国水泥工业“一带一路”走出去取得了丰硕的成果，在“一带一路”沿线18个国家投资建设了23条水泥熟料生产线。水泥建设工程项目占全球市场份额45%以上。我国水泥工业在国际上已经形成一定的产业优势。笔者针对印尼某水泥工廠地质勘察工程的经验，根据张耀国[1]、朱鹏飞[2]、何辉祥[3]和蔡长发[4]的研究成果，结合国内GB 51014—2014《水泥工厂岩土工程勘察规范》、GB 50021—2001《岩土工程勘察规范》及印尼SNI1726：2012《Earthquake Resistance Planning Ordinance for Building Structures and Non-building》等规范，对拟建工厂的工程地质条件，不良地质作用，岩土参数进行选取，为基础设计、基坑支护及施工方案等提供重要参考依据，为印尼类似工程建设提供勘察经验。

1  工程概况及勘察技术要求

1.1  工程概况

本项目位于印尼三宝垄市GROBOGAN县，为一条6 000 t/d大型水泥工厂生产线，勘察范围包括破碎系统、堆料系统、运输系统、筒仓系统和烧成系统等11个工程类别及配套办公楼等建筑物。勘察等级为甲级。共布置勘探点243个，剪切波速测试孔23个。

1.2  勘察技术要求

①提出各岩土层物理力学指标、桩端持力层和有关必要的设计参数。②根据印尼当地标准，结合国标相关规范的相关内容，按照国标标准确定地震烈度及对场地的震害，提出建筑场地类别和特征周期。③查明使用场地范围内的地层结构、成因类型、分布范围及各地层的物理力学性质。查明基岩岩性结构、埋藏深度、岩面变化规律（趋势和坡度）、基岩风化程度及风化层厚度，对场地地基的稳定性和各地层承载能力作出评价。④查明场地内有无溶洞、土洞、软土和采空区等不良工程地质构造以及有无古建筑等。如有，则请查明其具体位置、深度、平面边界范围及对建筑物的危害程度。

2  勘察方法及工作完成情况

本次勘察采用钻探（双管钻进绳索取芯）、标准贯入试验、圆锥动力触探试验、波速测试、室内试验等方法。完成钻探8 868.93 m，标贯测试1 126次，重型圆锥动力触探15.70 m，原状样152组，岩石样31组，水质简分析4个，地表土样2组，波速测试3孔。

3  场地地质条件简述与评价

3.1  岩土层分布情况

素填土（1）：主要为近5年内修路堆填而成，深灰色、灰黄色，稍密，稍湿，为近期人工堆填的黏土、淤泥质黏土和少量风化岩组成。层厚0.5～3.2 m，平均层厚1.24 m。

坡积粉质黏土（2）：局部分布，分布在场地南侧矿山及矿山坡脚处，灰黄色，灰色，可塑，主要由黏粉粒组成，夹含較多碎岩屑、岩块，干强度中等，韧性中等。层厚0.5～1.2 m，平均层厚0.72 m。

冲洪积淤泥质黏土层（3-1）：该层普遍分布，灰色、深灰色，饱和，软塑～流塑，黏粉粒组成，富含有机质，干强度低，韧性中等。该层为特殊岩土层，属于软土层，力学性质差。层厚0.3～8.9 m，平均层厚2.91 m。

冲洪积粉质黏土层（3-2）：该层局部分布，黄褐色、灰黄色，可塑，局部软塑，黏粉粒组成，夹含较多砂砾，黏性好，干强度中等，韧性好。层厚1.10～14.80 m，平均层厚4.72 m。

冲洪积中粗砂层（3-3）：该层呈透镜体状局部分布，灰色、灰黄色，稍密，饱和，石英质砂，分选性一般，级配差，夹含少量砾砂。层厚1.10～1.90 m，平均层厚1.54 m。

冲洪积含淤泥黏土层（3-4）：该层普遍分布，灰色、灰黑色，可塑，局部软塑，黏粉粒组成，富含有机质和砂砾，黏性好，干强度低，韧性中等。层厚0.60～23.60 m，平均层厚5.94 m。

冲洪积粉质黏土层（3-5）：该层局部分布，灰色、灰黄色，硬塑，黏粉粒组成，夹含砂砾，黏性好，干强度低，韧性中等。层厚3.80～6.70 m，平均层厚5.73 m。

残积粉质黏土（4-1）：该层普遍分布，灰黄色、深灰色，可塑，局部硬塑，主要由黏粉粒组成，夹含砾砂和碎岩屑，岩芯遇水易软化，干强度中等，韧性中等。层厚0.40～37.80 m，平均层厚10.49 m。

残积粉质黏土（4-2）：该层主要分布在场地北侧，灰黄色、深灰色，硬塑～坚硬，主要由黏粉粒组成，夹含砾砂和碎岩屑，岩芯遇水易软化，干强度中等，韧性中等。层厚1.30～38.50 m，平均层厚19.62 m。

第三系全风化石灰岩（5-1）：该层局部有分布。灰黄色，灰色，原岩风化剧烈，结构可辨，岩芯呈坚硬土状，夹含风化岩碎块石，遇水易软化、崩解。层厚0.80～8.40 m，平均层厚3.23 m。

第三系强风化石灰岩（5-2）：该层在场地南侧普遍分布，灰黄色，灰色，原岩风化强烈，结构清晰，岩芯呈半岩半土状、碎块状、块状，岩质极软，遇水易软化、崩解。岩石属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚0.70～28.60 m，平均层厚12.62 m。

第三系中风化石灰岩（5-3）：该层在场地南侧局部有揭露，多呈薄层状，以夹层的形式分布，层厚不均匀。灰黄色，灰色，微晶结构，层状构造，钙质胶结，节理裂隙发育，岩芯呈柱状，块状，局部夹薄层强风化，岩质软。岩石属软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚0.80～7.90 m，平均层厚3.12 m。

第三系强风化泥灰岩（6-1）：该层在场地南侧普遍分布。灰色，青灰色，原岩风化强烈，结构清晰，岩芯呈半岩半土状、碎块状、块状，岩质极软，遇水易软化、崩解，局部岩质偏中风化。岩石属极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚0.70～35.00 m，平均层厚8.94 m。

第三系中风化泥灰岩（6-2）：该层在场地南侧局部有揭露。浅灰色，青灰色，泥晶结构，层状构造，泥质胶结，节理裂隙发育，岩芯呈柱状，块状，局部夹薄层强风化，岩质软。岩石属极软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。层厚0.70～23.70 m，平均层厚5.50 m。

典型工程地质剖面图具体如图1所示。

3.2  地震效应评价

本项目拟建工程的总降压变电站和中央控制室建筑抗震设防类别为乙类（重点设防类）；拟建装载机棚、推土机棚、卷扬机房、扳道房、各种小型物料堆棚、材料库和厕所等建筑抗震设防类别为丁类（适度设防类）；其余子项建筑抗震设防类别为丙类（标准设防类）。

根据波速测试测试成果，本场地土的类型划分如下：素填土、淤泥质黏土属于软弱土；可塑状的粉质黏土、含淤泥黏土属于中软土；硬塑状的粉质黏土、全风化石灰岩属于中硬土；强风化石灰岩、强风化泥灰岩属于坚硬土或软质岩石；中风化石灰岩、中风化泥灰岩属于岩石。

本项目地震基本烈度可划分为7度地区，设计地震分组为第一组。本区属稳定区域。场地类别Ⅰ类区设计特征周期值为0.25 s；场地类别Ⅱ类区设计特征周期值为0.35 s；场地类别Ⅲ类区设计特征周期值为0.45 s。场地属对建筑抗震不利地段。

根据标准贯入试验判别该孔附近砂层为液化层，其液化等级为轻微液化。

本场地淤泥质黏土层根据实测波速113.59～127.73 m/s，平均值120.74 m/s，其等效剪切波速大于90 m/s， 因此，本场地可以不用考虑软土震陷的问题。

3.3  地基均匀性评价

场地区域为土层覆盖，覆盖层厚度变化较大，最小厚度0.5 m，最大厚度大于80 m，整体为南侧覆盖层较厚，北侧靠近矿山区域覆盖层较薄。从整个场地地质勘察结果来看，素填土局部分布，呈条带状，厚度变化大；坡积层粉质黏土主要分布在矿山及坡脚处，分布不均匀；洪积层淤泥质土、含淤泥质土、粉质黏土等分布广泛，但是层位起伏变化较大，力学性质差异稍大；残积粉质黏土分布不均匀，层位起伏变化较大。全风化石灰岩和泥灰岩分布不规则，层位变化较大。

场地基岩风化不均匀，强风化层分布不均匀，主要分布在场地北侧，局部以“土层-强风化岩-土层”中间硬，上下软的特点分布，岩面最小埋深0.50 m，最大埋深大于80 m；中风化层岩面层埋深变化较大，层厚不稳定，分布不均匀，多以夹层或薄层形式出现。综合分析，场地地基为不均匀地基。

3.4  工程建设场地适宜性评价

本工程建设场地地形相对平坦，地貌较简单。地层结构较复杂，岩土种类多，强风化岩面起伏较大，土质不均匀。地下水对工程建设影响较小，地表排水条件尚可。本场地无活动断层，属于抗震不利地段，不良地质作用和地质灾害发育程度为弱发育，地质条件复杂程度为中等复杂，场地治理难易程度为容易治理。场地稳定性为稳定性差；工程建设适宜性为适宜性差。通过换填、地基处理、桩基础等措施，本场地适宜本工程建设。

3.5  特殊性岩土评价

①人工填土。场地成条带状局部分布，成分不均匀，近期堆填的淤泥质黏土，部分路基下面的填土由残积土黏土、粉质黏土及风化岩组成，不能做为基础持力层，在进行桩基础设计时，建议不考虑本层的侧摩阻力。②软土，主要为淤泥质黏土，该土层属高压缩性土，软塑，局部区域流塑状态，承载力低。当桩周软土及之上土层的沉降大于桩基沉降时将会对桩基础产生负摩阻力，其会影响桩基承载力，在设计中应充分考虑其不利影响。③残积土，属中压缩性土，承载力稍好。但局部夹含较多砂砾，遇水土体颗粒之间黏聚力迅速降低导致土体软化，易发生土体崩解，冲桩时会出现缩颈、塌孔等现象。钻探过程中该层出现过多次塌孔和缩孔的情况。设计、施工时应充分考虑该土层的不利影响。④风化岩，为半岩半土状、碎块状，具有遇水易软化崩解特性。强风化中中风化夹层较多，对桩基施工不利，设计、施工时应充分考虑该土层的不利影响。

3.6  地下水和地表土腐蚀性分析评价

本项目场地环境类型判定为Ⅱ类；场地地下水为B类弱透水层中的地下水。

地下水对混凝土结构具微腐蚀性；对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。地下水位以上土对混凝土结构具微腐蚀性；对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。

4  基础方案选型及施工注意事项

4.1  基础方案选型建议

对于荷载小的，对沉降要求不敏感的建（构）筑物可采用天然地基浅基础方案。对于荷载不大、对沉降要求不敏感的建（构）筑物，若采用天然地基变形计算不能满足规范要求或不经济时可考虑采用地基处理方案。适宜本场地的地基处理方式为换填处理、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基和水泥搅拌桩复合地基。在天然地基和地基处理不满足设计要求的情况下亦可考虑采用桩基础，成桩工艺可以选择钻（冲）孔桩或预应力管桩。

具体基础方案建議见表1。

4.2  桩基施工应注意的岩土工程问题及建议

4.2.1  设计采用灌注桩时应注意事项

①本项目残积土、全（强）风石灰岩及强泥灰岩属于特殊岩土，具有遇水易软化、崩解的特点，如工程桩采用钻（冲）孔桩以这些土层做为桩端持力层，设计应充分考虑由于扰动、沉渣、遇水软化等带来的不利影响，可以采用后注浆技术来提供承载力。选择中等风化石灰岩或泥灰岩做为桩端持力层能有效控制桩基的沉降量，但由于本场地中等风化石灰岩、泥灰岩层位不稳定，层厚变化较大，多夹在强风化中，桩基设计时应充分利用桩侧阻力，桩型可按“端承摩擦桩”考虑。②钻（冲）孔灌注桩施工时应控制好泥浆稠度和失水率，以防孔壁坍塌和泥皮过厚影响桩周土的侧阻力。③冲桩至设计深度，应注意冲桩对桩底持力层的影响。注意检查桩孔垂直度，防止偏心。④局部区域地层为“土层-强风化-土层”上下软，中间硬的特点，若采用桩基础，选取5-2层强风化做为桩端持力层，建议对该区域进行一桩一孔做施工勘察，进一步查明强风化岩面埋深及强风化层的厚度，确保桩端入强风化一定深度。

4.2.2  采用预应力混凝土管桩方案时应注意事项

①桩基工程正式施工前，应结合成桩可行性分析进行试桩，以核实施工条件，核实相应的桩尖标高，核实单桩承载力。②桩基设计应考虑残积土及基岩风化层遇水软化、崩解的特性，及时对桩底进行密封。

4.3  地下水对桩基础设计和施工的影响

勘察施工期间，稳定水位埋深为0.10～3.00 m，平均埋深0.44 m。地下水受降雨影响变化比较大，年变化幅度约2 m。地下水对桩基施工有一定的影响，具体影响如下：①对灌注桩施工，地下水可对成孔过程造成不利影响，如成孔困难、塌孔等，还能对灌注过程造成影响，如颈缩和混凝土不能将泥浆水挤出而影响强度等。②对于预制桩，当桩体穿过潜水含水层时，在施工期可能引起临近地下水位上升，但孔隙水压力会随时间逐渐消退，最终会稳定到施工前的地下水状态。③地下水应该对挤土桩的承载力有一定的影响，但影响的程度应该和土质、地下水的特征有关。对于非挤土的钻孔灌注桩而言，地下水对桩基承载力应该影响不大。

5  基坑支护方案建议

本项目原料粉磨、窑尾、均化库和石灰石破碎等构筑物开挖时将形成临时边坡，工期较短，开挖基坑深2～8 m考虑。结合周边环境、工程特征、破坏后果和严重程度、基坑深度、工程地质和地下水条件，本场地的基坑工程安全等级为三级，按照本场地基坑特点，建议如下：①场地开阔，附近无建筑物，建议采用放坡开挖+锚喷支护，对于场地要开挖超过4.00 m的基坑，可采用分级放坡。②地下水控制。由于场地基岩埋藏浅，地下水位浅，不利于采用帷幕止水方案，建议采用井点降水方案。③根据现场地内地下水水位埋深、年变化幅值等，地下水设防水位建议采用建筑物的室外地坪标高或采用当地最高洪水位。岩土参数建议值表见表2、表3。

6  结束语

本文结合印尼大型水泥工程建设实例，利用岩土工程勘察方法，查明了场地的地质条件，岩土层分布特征，对场地的适宜性，地基的均匀性，地震效应，特殊岩土、地下水和地表土发腐蚀性进行了评价，并提出了设计所需的岩土力学参数，提供了基础方案和基坑支护方案，并对施工注意事项进行了建议。

根据水泥工厂生产线的特点，生产线建筑物子项多，场地占地范围大，本文选取多个子项进行波速测试，并结合地层条件，有针对性地对该项目按子项进行建筑场地类别的划分。

本项目所处区域为珊瑚礁形成的石灰岩，局部区域地层为“土层-强风化-土层”上下软，中间硬的特点，采用桩基础时，建议对该区域进行一桩一孔的施工勘察，进一步查明强风化岩面埋深及强风化层的厚度，确保桩端入强风化一定深度。

参考文献：

[1] 张耀国.建筑工程项目中岩土工程勘察重要技术分析[J].工程建设，2020，3（5）：25-27.

[2] 朱鹏飞.基于岩土工程勘察地基均匀性和稳定性评价方法研究[J].安徽建筑，2021，28（4）：104-105.

[3] 何辉祥，蔡长发.岩土工程勘察质量的提高管控方法探讨[J].四川地质学报，2021，41（4）：682-687.

[4] 蔡长发.印尼佳通水泥厂场地工程地质特征及危害[J].科学技术创新，2018（13）21-22.